Des oiseaux en gélatine catapultés sur des ailes d’avion

Les collisions d’oiseaux en vol représentent un danger considérable dans l’aéronautique. Pour se prémunir de ce risque, les constructeurs mènent de nombreux essais pour renforcer les fuselages d’avion. C’est même incontournable dans les process de validation des appareils. « Ces tests consistent à envoyer des mannequins d’oiseaux en gélatine avec une catapulte sur une pièce de fuselage en général, pour observer comment elle se comporte, décrit Hugo Tricou. Mais ces essais prennent du temps – beaucoup de temps – et entraînent des coûts très importants. Il faut en plus disposer de morceaux de fuselage que l’on va volontairement détruire. Un énorme gâchis ! Mieux vaut utiliser la simulation numérique ! » Cette technologie consiste à représenter virtuellement des phénomènes physiques… sans endommager aucun avion. « Concrètement pour modéliser une pièce d’avion, nous exploitons la technique de discrétisation : son découpage en une multitude d’éléments (maillage), sur lesquels on applique des lois physiques, traduites en équations mathématiques. » De cette manière, les ingénieurs s’affranchissent au maximum des essais, accélèrent les développements, réduisent les coûts et optimisent les designs.

Une technologie taillée pour l’aéronautique

Plus encore que dans d’autres secteurs, la simulation numérique trouve dans l’aéronautique un terrain d’expression privilégié. D’abord parce que les pièces d’avions sont sur des niveaux de prix très élevés. Sans sacrifier la sécurité, on cherche donc à limiter le nombre d’essais destructifs pour s’assurer que tout fonctionne bien. La simulation est alors clé pour valider par des biais numériques tout ce qui est possible avant de passer aux essais physiques. « Une autre particularité de l’aéronautique tient à ses enjeux liés aux matériaux variés et à leurs conditions d’usage, affirme Hugo Tricou. Dans un avion, on trouve des métaux, des composites, des polymères, soumis à de fortes sollicitations en pression ou dépression, en vibratoire, en température… Plus on est confronté à un mix de situations, plus la simulation numérique est intéressante. Aujourd’hui, nous savons traduire numériquement chaque phénomène physique par une équation ». Troisième spécificité : la sécurité. Dans l’aéronautique, aucun droit à l’erreur. Or la simulation numérique permet d’anticiper l’ensemble des risques à toutes les phases de développement. Il n’y a pas de limite !

Déjà 25 années d’expériences et des moyens à la hauteur

SEGULA Technologies n’en est pas à ses débuts en simulation numérique. « Aujourd’hui, nous sommes 300 ingénieurs calculs répartis en France et à l’étranger, et nous disposons de nos propres serveurs calculs localisés dans nos bureaux d’études, avec plus de 1 000 processeurs (CPU – Central Processing Unit), dédiés aux tâches de calculs demandées pour nos clients et pour nos développements en fonds propres afin de rester à l’avant-garde. » Des moyens importants qui permettent à Hugo Tricou de répondre a plus de 50 clients chaque année mais aussi de traiter une trentaine de projets de simulation dans le même temps, en collaboration avec les équipes Recherche et Innovation. Ces projets ont conduit SEGULA à accomplir de véritables success stories. Parmi les plus emblématiques, leur contribution au projet de Lilium. Cette startup a mis au point le premier avion électrique à décollage et atterrissage vertical. « Nous avons modélisé les écoulements de fluides autour de l’appareil et conçu un banc d’essai à partir d’outils numériques. Nous nous sommes assurés de sa résistance aux fortes poussées d’un décollage vertical et de la fiabilité de ses mesures. » Autre exemple marquant : l’accompagnement de Safran Seats dans le cadre de tests d’atterrissage d’urgence en avion ou hélicoptère. L’objectif était de suivre le comportement des sièges et d’évaluer les risques dans ces conditions extrêmes. Dans cette perspective, Hugo Tricou et son équipe ont effectué des calculs en dynamique rapide.

Une contribution à rendre l’aviation plus durable

Outre les applications mentionnées, la simulation numérique ouvre un champ des possibles infini. Non seulement elle permet de réduire les coûts et les délais en diminuant drastiquement le nombre de prototypes, en limitant les essais en soufflerie ou en vol et en accélérant les itérations en phase de conception, mais en plus elle permet de réaliser une analyse fine des contraintes sur les matériaux et de modéliser des conditions extrêmes. « Dans l’aéronautique, les pièces et équipements doivent être performants du premier coup, tout en étant optimaux en termes de poids, de robustesse ou de niveau de défense pour les applications militaires, souligne Hugo Tricou. C’est précisément le rôle de la modélisation, avant de lancer les essais physiques. » La simulation numérique révolutionne la recherche d’allègement des pièces, l’optimisation des consommations d’énergie et l’étude de carburants alternatifs comme l’hydrogène, pour réduire les impacts environnementaux : moins d’utilisation de matière première et moins d’émission de CO2. Elle permet aussi d’allonger la durée de vie des avions, lorsqu’elle est intégrée bien en amont dans le process de développement. Quand un avion vole 50 ans plutôt que 30 ans, c’est un nouveau bénéfice vis-à-vis de l’environnement !

Demain, la simulation augmentée par l’Intelligence Artificielle

Dans l’aéronautique, l’Intelligence Artificielle est déjà intégrée dans les process. « C’est encore exploratoire mais c’est clairement l’avenir selon Hugo Tricou. Elle pourrait par exemple nous être extrêmement utile pour la génération automatique des maillages numériques des pièces en simulation, une étape encore très chronophage. » Le bureau d’études lyonnais de SEGULA s’intéresse de plus en plus à ces sujets et à l’utilisation de l’IA pour prédire le comportement des pièces avant leur simulation de façon classique. Un nouveau défi qui attend Hugo Tricou et son équipe toujours en quête d’innovation, pour continuer de s’affirmer comme un acteur incontournable de la simulation numérique dans l’aéronautique !

Hugo Tricou – Responsable d’affaires Simulation Numérique